垂直金属挤压机的先进工艺和优化设计

钢制品的生产方式通常有轧制、锻造、拉拔、挤压等，其中挤压是通过施加强大机械压力使被加工钢坯产生变形从模孔中挤出规定尺寸、形状成品的过程。垂直金属挤压机就是用来挤压金属的大型设备。

垂直金属挤压机采用的是垂直挤压工艺，它是以铸造的钢锭为原材料，钢锭经加热，去除氧化皮后首先在镦粗穿孔制坯机上面进行坯料的闭式镦粗，穿孔制取管坯，然后空心管坯经过二次加热后，送入垂直挤压机进行挤压成型获得管材或者其他型材。

在工业生产中，铁合金是用得最多的黑色金属，不过制造特种厚壁钢管要满足高温高压的使用环境，所以必须使用添加了大量钴，镍，锰，钒等合金元素的高合金钢材料。高合金成分的引入使得本来就不好的流动性变得更差，软化温度更高，超过1100摄氏度，技术难度比有色金属铝，铜等材料的挤压要高得多，因此对挤压机的吨位、模具材料、模具设计、高温润滑剂等选用都是不小的挑战。

在没有大型垂直金属挤压机之前，大口径厚壁无缝钢管在中国传统的制造工艺是先将钢材锻造成棒料后钻孔加工。这种工艺材料浪费大，加工效率低，加工成本非常高，没有竞争优势。而且，由于锻造过程中棒料芯部不容易压透，造成钢管机械性能受限。

垂直金属挤压机使用预应力钢丝缠绕结构，整机重量大大减小，降低制造难度和成本，同时也降低了运输和安装的难度和成本。为了降低结构重量，保证挤压过程的稳定，挤压套采用了复合结构。内衬由于要承受坯料的高温和挤压过程中金属流动的摩擦，采用耐高温的热作模具钢材料。

为了改善挤压过程中温度场的稳定，整机增加了一个带加热装置的中衬层，使得预加热后的坯料进入挤压筒后能够维持温度稳定，不至于散热冷却而降低材料的流动性。外衬使用铸钢材料，中衬和外衬之间增加石棉隔热层，既能保温，又防止最外层钢丝缠绕增强层温度上升而导致许用强度下降。